水稻节间长度是重要的农艺性状之一，直接决定水稻株高，间接影响水稻产量。水稻穗伸出缺陷通常会造成包穗，影响开花授粉，导致杂交水稻制种产量低。截止到2020年，杂交水稻已经在中国和世界多个国家广泛种植和研究。仅在中国，杂交水稻种植面积占比就高达57%，然而杂交水稻雄性不育系往往伴随着穗茎节伸长缺陷。生产中通常在孕穗期通过外施一定浓度的赤霉素GA₃来解决包穗问题，但成本较高，还容易造成穗发芽，影响种子质量。因而挖掘水稻穗伸出调控基因并解析其分子机理，是解决生产中水稻包穗问题的有效途径，具有重要的理论和实践意义。

近日，东北地理所卜庆云研究团队解析了水稻转录因子OsWRKY78参与调控水稻穗伸出的生物功能及分子机制。研究发现oswrky78突变体株高变矮、穗茎节变短、穗伸出度严重缩短。外源赤霉素（GA）喷施和内源GA含量检测表明，oswrky78突变体穗伸出缩短的表型是由于内源GA含量降低引起。ChIP-qPCR和转录调控分析发现，OsWRKY78直接调控GA合成基因，间接调控GA代谢基因的表达。遗传学分析发现，在穗伸出的调控上，OsWRKY78位于GA合成基因OsGA20ox-1遗传学上游发挥功能。此外，OsMAPK6能结合并磷酸化OsWRKY78，提高其蛋白稳定性。在oswrky78突变体中分别过量表达OsWRKY78，OsMAPK6磷酸化位点组成型激活的OsWRKY78(SD)和组成型失活的OsWRKY78(SA)，发现OsWRKY78(SA)过表达不能恢复oswrky78穗伸出缩短的表型，说明了OsMAPK6对OsWRKY78的磷酸化修饰是其调控穗伸出功能所必需的。该研究不仅鉴定了OsWRKY78调控水稻穗伸出的生物学功能，同时也揭示了OsWRKY78位于MAPK级联途径的下游，通过介导MAPK与赤霉素之间的信号交流，参与调控水稻穗伸出的分子机制（图1）。

图1. OsWRKY78调控水稻穗伸出模式图

研究成果近日发表在国际生物学一区期刊《Journal of Integrative Plant Biology》（IF=11.4）上，东北地理所博士研究生梅恩阳、何明良和许敏为论文共同第一作者，卜庆云研究员和田晓杰副研究员为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金项目（31671653、31801017）、黑龙江省重点研发项目（U23A20193）、中国科学院青年创新促进会项目（2021229）、和东北地理所青年科学家小组项目（2023QNXZ02）联合资助。

论文信息：

Mei Enyang#, He Mingliang#, Xu Min#, Tang Jiaqi, Liu Jiali, Liu Yingxiang, Hong Zhipeng, Li Xiufeng, Wang Zhenyu, Guan Qingjie, Tian Xiaojie*, Bu Qingyun*. OsWRKY78 regulates panicle exsertion via gibberellin signaling pathway in rice.Journal of Integrative Plant Biology, 2024. DOI: 10.1111/jipb.13636.

文章链接：

https://www.jipb.net/EN/10.1111/jipb.13636